FR3108457A1 - Conversion chain equipped with damping circuits - Google Patents

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Abstract

Chaine de conversion munie de circuits d’amortissement Chaine de conversion comprenant une pluralité de modules de conversion (12) comprenant chacun un interrupteur principal (16) connecté dans une ligne électrique principale et pouvant prendre au moins une position ouverte dans laquelle il bloque la circulation d’un courant électrique dans ladite ligne électrique principale et une position fermée dans laquelle il autorise la circulation d’un courant électrique dans ladite ligne électrique principale ; et un circuit d’amortissement (18) comprenant un transformateur (20) ayant un enroulement primaire (12a,12a’) et un enroulement secondaire (12b,12b’), connecté en série avec un élément de commutation semi-conducteur (26) configuré pour prendre un état bloqué dans lequel il empêche la circulation d’un courant dans le circuit d’amortissement et au moins un état passant dans lequel il autorise la circulation d’un courant électrique dans le circuit d’amortissement entre le terminal supérieur et le terminal inférieur du module de conversion. Figure pour l’abrégé : Fig. 1.Conversion chain provided with damping circuits Conversion chain comprising a plurality of conversion modules (12) each comprising a main switch (16) connected in a main electrical line and capable of taking at least one open position in which it blocks circulation an electric current in said main electric line and a closed position in which it permits the flow of an electric current in said main electric line; and a snubber circuit (18) comprising a transformer (20) having a primary winding (12a,12a') and a secondary winding (12b,12b'), connected in series with a semiconductor switching element (26) configured to assume a blocked state in which it prevents the flow of a current in the snubber circuit and at least one on-state in which it allows the flow of an electric current in the snubber circuit between the upper terminal and the lower terminal of the conversion module. Figure for abstract: Fig. 1.

Description

Chaine de conversion munie de circuits d’amortissementConversion chain equipped with damping circuits

La présente invention concerne le domaine technique des convertisseurs de tension, notamment pour les installations d’alimentation électrique en courant continu haute tension (HVDC pour « High Voltage Direct Current » en langue anglaise). La présente invention concerne plus précisément les chaines de conversion, également appelées valves, pour des convertisseurs de tension, par exemple des convertisseurs commutés par la ligne (LCC pour «Line-Commutated Converters » en langue anglaise) ou des convertisseurs source de tension (VSC pour «Voltage Source Converters » en langue anglaise). Ces convertisseurs peuvent être de type AC/DC, DC/AC ou encore DC/DC.The present invention relates to the technical field of voltage converters, in particular for high voltage direct current power supply installations (HVDC for "High Voltage Direct Current" in English). The present invention relates more specifically to conversion chains, also called valves, for voltage converters, for example line-commutated converters (LCC) or voltage source converters (VSC for “Voltage Source Converters” in English). These converters can be of the AC/DC, DC/AC or even DC/DC type.

Les chaines de conversion des convertisseurs de tension connues comprennent généralement une pluralité de modules de conversion connectés en série dans la chaine de conversion. Traditionnellement, ces modules de conversion comprennent chacun un interrupteur principal, par exemple un thyristor, pouvant être ouvert ou fermé et un circuit d’amortissement formant un chemin de courant auxiliaire permettant de contourner au moins partiellement l’interrupteur principal, afin d’ajuster la tension entre les terminaux du module de conversion, de manière à éviter la surtension aux bornes de l’interrupteur principal et afin d’équilibrer la tension de la chaine de conversion entre les différents modules de conversion.The conversion chains of known voltage converters generally comprise a plurality of conversion modules connected in series in the conversion chain. Traditionally, these conversion modules each comprise a main switch, for example a thyristor, which can be open or closed and a damping circuit forming an auxiliary current path making it possible to at least partially bypass the main switch, in order to adjust the voltage between the terminals of the conversion module, so as to avoid overvoltage at the terminals of the main switch and in order to balance the voltage of the conversion chain between the various conversion modules.

L’ouverture et la fermeture de l’interrupteur principal d’un module de conversion d’une chaine de conversion peuvent générer un pic de tension aux bornes du module de conversion qui n’est pas souhaitable. Cette surtension risque notamment d’endommager l’interrupteur principal et donc le convertisseur. En outre, cette surtension risque de générer un déséquilibre entre les tensions aux bornes des différents modules de conversion de la chaine de conversion, de sorte la tension totale de la chaine de conversion est répartie uniquement sur une partie des interrupteurs principaux de ladite chaine de conversion. Aussi, en cas de déséquilibre de tension, ces interrupteurs principaux sont soumis à une tension supérieure à leur tension maximale de fonctionnement, ce qui risque de les endommager.The opening and closing of the main switch of a conversion module of a conversion chain can generate a voltage peak at the terminals of the conversion module which is not desirable. This overvoltage risks in particular damaging the main switch and therefore the converter. In addition, this overvoltage risks generating an imbalance between the voltages at the terminals of the various conversion modules of the conversion chain, so the total voltage of the conversion chain is distributed only over part of the main switches of said conversion chain. . Also, in the event of a voltage imbalance, these main switches are subjected to a voltage higher than their maximum operating voltage, which risks damaging them.

Afin d’équilibrer les tensions aux bornes des différents modules de conversion d’une chaine de conversion, il est connu de munir les dispositifs d’ajustement d’un circuit d’amortissement passif RC comprenant un condensateur et une résistance connectés en série (« RC Snubber » en langue anglaise). Le circuit d’amortissement est généralement identique pour chaque module de conversion. Ce circuit d’amortissement permet de limiter le pic de tension aux bornes de l’interrupteur en régime transitoire et d’équilibrer les tensions entre les différents modules de conversion.In order to balance the voltages at the terminals of the various conversion modules of a conversion chain, it is known to provide the adjustment devices with a passive RC damping circuit comprising a capacitor and a resistor connected in series (“ RC Snubber” in English). The damping circuit is generally identical for each conversion module. This damping circuit makes it possible to limit the voltage peak at the terminals of the switch in transient state and to balance the voltages between the various conversion modules.

Un inconvénient de ces circuits d’amortissement passifs RC est qu’ils sont très volumineux et encombrants. En outre, ils génèrent d’importantes pertes d’énergie, notamment par effet joule, et doivent généralement être associés à un système de refroidissement adapté, par exemple à eau. Par ailleurs, Ces circuits d’amortissement ne peuvent pas être commandés de sorte qu’ils fonctionnent de manière optimale uniquement pour une partie des points de fonctionnement du convertisseur et sont inefficaces pour d’autres points de fonctionnement.A disadvantage of these passive RC snubber circuits is that they are very large and bulky. In addition, they generate significant energy losses, in particular by the Joule effect, and must generally be associated with a suitable cooling system, for example water. Moreover, these damping circuits cannot be controlled so that they operate optimally only for a part of the operating points of the converter and are inefficient for other operating points.

On connait par ailleurs des chaines de conversion comprenant des circuits d’amortissement actifs (« Active Damping Circuit » en langue anglaise) tels que celui décrit dans le document WO2014/198734. Le circuit d’amortissement de la chaine de conversion décrite dans ce document comprend une résistance, identique pour chacun des modules de conversion, et un élément de commutation formant un interrupteur auxiliaire. Cet élément de commutation permet de connecter la résistance dans le module de conversion et autorise la circulation d’un courant dans le circuit d’amortissement afin de contourner et court-circuiter au moins partiellement l’interrupteur principal. En particulier, à l’ouverture de l’interrupteur principal, l’élément de commutation est rendu passant afin de dévier au moins une partie du courant traversant le module de conversion vers le circuit d’amortissement. Ceci permet d’ajuster et limiter les différents courants de recouvrement inverse circulant dans les interrupteurs principaux des modules de conversion. De cette manière, un courant de recouvrement inverse différent circule dans chacun des interrupteurs principaux. Aussi, à l’ouverture de l’interrupteur principal, l’élément de commutation est rendu passant afin de limiter la surtension aux bornes du module de conversion et de manière à équilibrer les tensions aux bornes des différents modules de conversion.Conversion chains are also known comprising active damping circuits such as that described in document WO2014/198734. The damping circuit of the conversion chain described in this document comprises a resistor, identical for each of the conversion modules, and a switching element forming an auxiliary switch. This switching element makes it possible to connect the resistor in the conversion module and allows a current to flow in the damping circuit in order to bypass and at least partially short-circuit the main switch. In particular, when the main switch is opened, the switching element is made conductive in order to divert at least part of the current passing through the conversion module towards the damping circuit. This makes it possible to adjust and limit the various reverse recovery currents circulating in the main switches of the conversion modules. In this way, a different reverse recovery current flows through each of the main switches. Also, when the main switch is opened, the switching element is made conductive in order to limit the overvoltage at the terminals of the conversion module and so as to balance the voltages at the terminals of the various conversion modules.

Un inconvénient de ce type de chaines de conversion est que les éléments de commutation sont soumis à des tensions proches de celles appliquées aux interrupteurs principaux et dont les valeurs sont très élevées, généralement des hautes tensions. Ces éléments de commutation peuvent ainsi être soumis à des tensions de l’ordre de 6 kilovolts et doivent donc être calibrés en tension de manière à supporter de telles tensions, pouvant atteindre 10 kilovolts. Ils sont par ailleurs traversés par des courants faibles. Ce type d’éléments de commutation, devant supporter de fortes tension et un faible courant, est très complexe à fabriquer et particulièrement coûteux et difficile à obtenir sur le marché.A drawback of this type of conversion chains is that the switching elements are subjected to voltages close to those applied to the main switches and whose values are very high, generally high voltages. These switching elements can thus be subjected to voltages of the order of 6 kilovolts and must therefore be calibrated in voltage so as to withstand such voltages, which can reach 10 kilovolts. They are also crossed by weak currents. This type of switching element, having to withstand high voltage and low current, is very complex to manufacture and particularly expensive and difficult to obtain on the market.

Un but de la présente invention est de proposer une chaine de conversion pour un convertisseur de tension remédiant aux problèmes précités.An object of the present invention is to propose a conversion chain for a voltage converter remedying the aforementioned problems.

Pour ce faire, l’invention porte sur une chaine de conversion pour un convertisseur de tension, par exemple de type convertisseur à courant continu haute tension (HVDC), la chaine de conversion comprenant une pluralité de modules de conversion connectés en série dans ladite chaine de conversion, chaque module de conversion présentant un terminal supérieur et un terminal inférieur entre lesquels il s’étend, chaque module de conversion comprenant:
- une ligne électrique principale s’étendant entre le terminal supérieur et le terminal inférieur dudit module de conversion ;
- un interrupteur principal connecté dans ladite ligne électrique principale et pouvant prendre au moins une position ouverte dans laquelle il bloque la circulation d’un courant électrique dans ladite ligne électrique principale et une position fermée dans laquelle il autorise la circulation d’un courant électrique dans ladite ligne électrique principale ;
- un circuit d’amortissement configuré pour ajuster la tension entre les terminaux du module de conversion, connecté entre le terminal supérieur et le terminal inférieur dudit module de conversion, ledit circuit d’amortissement comprenant un transformateur ayant un enroulement primaire et un enroulement secondaire, l’enroulement primaire étant connecté dans une boucle primaire, en série avec un condensateur, entre le terminal supérieur et le terminal inférieur dudit module de conversion, le circuit d’amortissement comprenant en outre un élément de commutation semi-conducteur connecté en série avec l’enroulement secondaire du transformateur, dans une boucle secondaire, ledit élément de commutation semi-conducteur étant configuré pour prendre un état bloqué dans lequel il empêche la circulation d’un courant électrique dans le circuit d’amortissement et au moins un état passant dans lequel il autorise la circulation d’un courant électrique dans le circuit d’amortissement du module de conversion.
To do this, the invention relates to a conversion chain for a voltage converter, for example of the high voltage direct current (HVDC) converter type, the conversion chain comprising a plurality of conversion modules connected in series in said chain conversion module, each conversion module having an upper terminal and a lower terminal between which it extends, each conversion module comprising:
- a main electrical line extending between the upper terminal and the lower terminal of said conversion module;
- a main switch connected in said main electric line and able to take at least one open position in which it blocks the flow of an electric current in said main electric line and a closed position in which it authorizes the flow of an electric current in said main power line;
- a damping circuit configured to adjust the voltage between the terminals of the conversion module, connected between the upper terminal and the lower terminal of said conversion module, said damping circuit comprising a transformer having a primary winding and a secondary winding, the primary winding being connected in a primary loop, in series with a capacitor, between the upper terminal and the lower terminal of said converter module, the snubber circuit further comprising a semiconductor switching element connected in series with the secondary winding of the transformer, in a secondary loop, said semiconductor switching element being configured to assume an off state in which it prevents the flow of an electric current in the snubber circuit and at least one on state in which it allows the circulation of an electric current in the damping circuit of the conversion module.

La chaine de conversion est adaptée pour être implantée dans un convertisseur de tension HVDC. De préférence, un tel convertisseur peut être de type AC/DC ou DC/AC, de sorte qu’il permet de convertir une tension alternative en une tension continue, et inversement, ou encore de type DC/DC, de sorte qu’il permet de convertir une première tension continue en une seconde tension continue. De manière non limitative, un tel convertisseur de tension peut être de type VSC ou LCC. Une telle chaine de conversion comprenant une pluralité de modules de conversion est également appelée valve.The conversion chain is adapted to be installed in an HVDC voltage converter. Preferably, such a converter can be of the AC/DC or DC/AC type, so that it makes it possible to convert an alternating voltage into a direct voltage, and vice versa, or even of the DC/DC type, so that it converts a first DC voltage into a second DC voltage. In a non-limiting manner, such a voltage converter can be of the VSC or LCC type. Such a conversion chain comprising a plurality of conversion modules is also called a valve.

L’interrupteur principal est avantageusement apte à supporter des tensions importantes à ses bornes, par exemple des tensions supérieures à 6 kilovolts, généralement de l’ordre de 10 kilovolts. L’interrupteur principal peut être un composant commandable, dont la mise en position ouverte ou fermée peut être contrôlée, ou un composant passif, dont la mise en position ouverte ou fermée dépend de grandeurs associées à la chaine de conversion, telles que le courant circulant dans la ligne électrique principale.The main switch is advantageously capable of withstanding high voltages at its terminals, for example voltages greater than 6 kilovolts, generally of the order of 10 kilovolts. The main switch can be a controllable component, whose open or closed position can be controlled, or a passive component, whose open or closed position depends on quantities associated with the conversion chain, such as the circulating current in the main power line.

Chacun des circuits d’amortissement est connecté en parallèle de l’interrupteur principal correspondant et permet de créer un chemin de courant auxiliaire dans lequel peut circuler un courant électrique, lorsque l’élément de commutation semi-conducteur est dans l’état passant. Le courant circulant dans la ligne principale est donc réduit lorsque l’élément de commutation électrique est dans ledit au moins un état passant. Un intérêt est notamment d’ajuster le courant de recouvrement inverse circulant dans l’interrupteur principal, risquant d’apparaitre à l’ouverture dudit l’interrupteur principal. Les circuits d’amortissement permettent notamment la circulation d’un courant de recouvrement inverse différent dans chacun des interrupteurs principaux de la chaine de conversion. Ceci permet d’équilibrer la tension entre les terminaux des différents modules de conversion et donc d’équilibrer la tension de la chaine de conversion. L’intérêt est également de réduire la tension entre les terminaux supérieur et inférieur de chacun des modules de conversion, afin d’éviter une surtension.Each of the snubber circuits is connected in parallel with the corresponding main switch and makes it possible to create an auxiliary current path in which an electric current can flow, when the semiconductor switching element is in the on state. The current flowing in the main line is therefore reduced when the electrical switching element is in said at least one on state. One advantage is in particular to adjust the reverse recovery current flowing in the main switch, which risks appearing when said main switch is opened. The damping circuits notably allow the circulation of a different inverse recovery current in each of the main switches of the conversion chain. This makes it possible to balance the voltage between the terminals of the various conversion modules and therefore to balance the voltage of the conversion chain. The interest is also to reduce the voltage between the upper and lower terminals of each of the conversion modules, in order to avoid an overvoltage.

Dans chacun des modules de conversion, la boucle primaire comprend au moins l’enroulement primaire du transformateur et le condensateur. La boucle secondaire comprend au moins l’enroulement secondaire du transformateur et l’élément de commutation semi-conducteur.In each of the conversion modules, the primary loop comprises at least the primary winding of the transformer and the capacitor. The secondary loop includes at least the transformer secondary winding and the semiconductor switching element.

Le transformateur de chaque module de conversion présente un rapport de transformation correspondant au rapport entre le nombre de spires de l’enroulement secondaire et le nombre de spires de l’enroulement primaire. En approximation, le rapport de transformation du transformateur est environ égal au rapport entre la tension aux bornes de l’enroulement secondaire et la tension aux bornes de l’enroulement primaire du module de conversion. Ce rapport de transformation correspondant également, en approximation, au rapport entre le courant circulant dans l’enroulement secondaire et le courant circulant dans l’enroulement primaire. Le transformateur est dimensionné pour permettre l’adaptation de tension souhaitée.The transformer of each conversion module has a transformation ratio corresponding to the ratio between the number of turns of the secondary winding and the number of turns of the primary winding. As an approximation, the transformation ratio of the transformer is approximately equal to the ratio between the voltage at the terminals of the secondary winding and the voltage at the terminals of the primary winding of the conversion module. This transformation ratio also corresponds, in approximation, to the ratio between the current flowing in the secondary winding and the current flowing in the primary winding. The transformer is sized to allow the desired voltage adaptation.

Grâce à l’invention, chaque transformateur permet d’adapter le courant circulant dans la boucle secondaire par rapport au courant circulant dans l’enroulement primaire du module de conversion associé. Chaque transformateur permet en outre d’adapter, de préférence réduire, la tension aux bornes de l’enroulement secondaire par rapport à la tension entre les terminaux supérieur et inférieur dudit module de conversion, lorsque l’élément de commutation semi-conducteur est dans ledit au moins un état passant. La tension aux bornes de l’élément de commutation semi-conducteur correspondant et le courant électrique le traversant, à l’état passant, peuvent donc être adaptés, de préférence réduits, grâce au transformateur.Thanks to the invention, each transformer makes it possible to adapt the current circulating in the secondary loop with respect to the current circulating in the primary winding of the associated conversion module. Each transformer also makes it possible to adapt, preferably reduce, the voltage across the terminals of the secondary winding with respect to the voltage between the upper and lower terminals of said conversion module, when the semiconductor switching element is in said at least one on state. The voltage at the terminals of the corresponding semiconductor switching element and the electric current passing through it, in the on state, can therefore be adapted, preferably reduced, thanks to the transformer.

La tension aux bornes de l’enroulement secondaire du transformateur d’un module de conversion est avantageusement proportionnelle à la différence entre la tension entre les terminaux supérieur et inférieur du module de conversion et la tension aux bornes du condensateur dudit module de conversion, d’un rapport sensiblement égal au rapport de transformation du transformateur.The voltage at the terminals of the secondary winding of the transformer of a conversion module is advantageously proportional to the difference between the voltage between the upper and lower terminals of the conversion module and the voltage at the terminals of the capacitor of said conversion module, a ratio substantially equal to the transformation ratio of the transformer.

Les transformateurs des circuits d’amortissement de la chaine de conversion selon l’invention offrent un degré de liberté supplémentaire dans l’ajustement de la tension aux bornes des éléments de commutation semi-conducteurs, ce qui réduit les contraintes dans le choix de ces composants. Contrairement aux dispositifs de l’art antérieur, le calibre en tension des éléments de commutation semi-conducteurs n’est pas imposé par la tension aux bornes des thyristors correspondants. Au contraire, grâce à l’invention, il est notamment possible d’adapter, de préférence réduire, la tension aux bornes des éléments de commutation par rapport à la tension entre les terminaux des modules de conversion, en fonction des plages de tension permettant un fonctionnement optimal de ces éléments de commutation.The transformers of the damping circuits of the conversion chain according to the invention offer an additional degree of freedom in adjusting the voltage at the terminals of the semiconductor switching elements, which reduces the constraints in the choice of these components. . Unlike the devices of the prior art, the voltage rating of the semiconductor switching elements is not imposed by the voltage across the terminals of the corresponding thyristors. On the contrary, thanks to the invention, it is in particular possible to adapt, preferably reduce, the voltage at the terminals of the switching elements with respect to the voltage between the terminals of the conversion modules, according to the voltage ranges allowing a optimal functioning of these switching elements.

Grâce à l’invention, le choix et le dimensionnement des éléments de commutation semi-conducteurs est facilité. Il est notamment possible d’utiliser des éléments de commutation semi-conducteurs répandus sur le marché. Ceci permet de réduire les coûts par rapport aux dispositifs de l’art antérieur qui imposent l’utilisation d’éléments de commutation spécifiques, particulièrement coûteux, devant notamment supporter des tensions très importantes.Thanks to the invention, the choice and dimensioning of semiconductor switching elements is facilitated. In particular, commercially available semiconductor switching elements can be used. This makes it possible to reduce the costs compared to the devices of the prior art which require the use of specific switching elements, which are particularly expensive, and which must in particular withstand very high voltages.

L’utilisation d’un transformateur en régime impulsionnel, dans des applications de forte puissance comme celle de l’invention, n’est pas commune. La tension aux bornes de l’interrupteur principal d’un module de conversion, lorsqu’il est ouvert, présente une forte composante continue, qui ne peut pas être supportée par le transformateur. L’utilisation d’un transformateur est facilitée par l’introduction astucieuse du condensateur connecté dans la boucle primaire. En effet, ce condensateur permet de filtrer et de bloquer cette composante continue. Un intérêt est d’empêcher la saturation du transformateur. Dans chacun des modules de conversion de la chaine de conversion selon l’invention, l’élément de commutation semi-conducteur est de préférence maintenu dans l’état bloqué lorsque l’interrupteur principal du module de conversion est en position fermée. De cette manière, un courant circule dans la ligne principale du module de conversion et traverse ledit interrupteur principal, tandis qu’aucun courant ne circule dans le circuit d’amortissement correspondant.The use of a transformer in pulse mode, in high power applications such as that of the invention, is not common. The voltage across the terminals of the main switch of a conversion module, when open, has a strong DC component, which cannot be supported by the transformer. The use of a transformer is facilitated by the clever introduction of the capacitor connected in the primary loop. Indeed, this capacitor makes it possible to filter and block this DC component. One interest is to prevent saturation of the transformer. In each of the conversion modules of the conversion chain according to the invention, the semiconductor switching element is preferably maintained in the off state when the main switch of the conversion module is in the closed position. In this way, a current flows in the main line of the conversion module and passes through said main switch, while no current flows in the corresponding damping circuit.

L’élément de commutation semi-conducteur est de préférence placé dans ledit au moins un état passant de manière à éviter la mise en surtension de l’interrupteur principal. De manière non limitative, l’élément de commutation semi-conducteur peut être placé dans ledit au moins un état passant lors des régimes transitoires de l’interrupteur principal du module de conversion correspondant, ou, en d’autres mots, lorsque l’on souhaite commuter l’interrupteur principal entre la position ouverte et la position fermée et inversement. En effet, des pics de tension aux bornes de l’interrupteur principal risquent d’apparaitre à l’ouverture et à la fermeture de ce dernier. En outre, un courant de recouvrement inverse circulant en sens inverse du courant circulant dans la ligne principale électrique risque d’apparaitre à l’ouverture de l’interrupteur principal, pouvant créer un déséquilibre entre les tensions des différents modules de conversion de la chaine de conversion. L’élément de commutation semi-conducteur peut être placé dans ledit au moins un état passant afin de dévier au moins une partie d’un tel courant de recouvrement inverse vers le circuit d’amortissement. Ceci permet d’ajuster ce courant de recouvrement inverse circulant dans la ligne principale et permet la circulation d’un courant de recouvrement inverse différent dans chacun des interrupteurs principaux. Un intérêt est d’éviter la surtension de l’interrupteur principal. En outre, l’équilibre de la tension de la chaine de conversion entre les différents modules de conversion est amélioré.The semiconductor switching element is preferably placed in said at least one on state so as to avoid overvoltage of the main switch. In a non-limiting manner, the semiconductor switching element can be placed in said at least one on state during transient states of the main switch of the corresponding conversion module, or, in other words, when wishes to switch the main switch between the open position and the closed position and vice versa. Indeed, voltage peaks at the terminals of the main switch may appear when the latter is opened and closed. In addition, a reverse recovery current flowing in the opposite direction to the current flowing in the main electrical line risks appearing when the main switch is opened, which can create an imbalance between the voltages of the various conversion modules of the power supply chain. conversion. The semiconductor switching element may be placed in said at least one on state to divert at least a portion of such reverse recovery current to the snubber circuit. This makes it possible to adjust this reverse recovery current flowing in the main line and allows the circulation of a different reverse recovery current in each of the main switches. One interest is to avoid the overvoltage of the main switch. In addition, the balance of the conversion chain tension between the different conversion modules is improved.

Par exemple, juste avant d’ouvrir ou fermer l’interrupteur principal d’un module de conversion, l’élément de commutation semi-conducteur est placé dans un état passant. Le circuit d’amortissement créé alors un chemin de courant auxiliaire pour le courant. De préférence, l’élément de commutation semi-conducteur, et de manière générale le circuit d’amortissement, présente une impédance faible, facilitant le passage du courant dans le circuit d’amortissement. Au moins une partie du courant circulant dans le module de conversion est alors dévié vers le circuit d’amortissement. Avantageusement, le circuit d’amortissement est configuré pour dévier au moins partiellement un courant de recouvrement inverse pouvant apparaitre dans la ligne électrique principale. Un courant circule alors dans ledit circuit d’amortissement. Plus précisément, un premier courant circule dans la boucle primaire et dans l’enroulement primaire du transformateur et un second courant circule dans la boucle secondaire et dans l’enroulement secondaire du transformateur. En revanche, le courant circulant dans la ligne électrique principale est limité et la tension aux bornes de l’interrupteur principal est également limitée, permettant ainsi d’éviter une surtension. L’interrupteur principal est donc au moins partiellement contourné, ou court-circuité.For example, just before opening or closing the main switch of a converter module, the semiconductor switching element is placed in an on state. The snubber circuit then creates an auxiliary current path for the current. Preferably, the semiconductor switching element, and in general the snubber circuit, has a low impedance, facilitating the passage of current in the snubber circuit. At least part of the current flowing in the conversion module is then diverted to the snubber circuit. Advantageously, the snubber circuit is configured to at least partially deflect any reverse recovery current that may occur in the main power line. A current then flows in said damping circuit. More precisely, a first current flows in the primary loop and in the primary winding of the transformer and a second current flows in the secondary loop and in the secondary winding of the transformer. On the other hand, the current flowing in the main power line is limited and the voltage at the terminals of the main switch is also limited, thus making it possible to avoid an overvoltage. The main switch is therefore at least partially bypassed, or short-circuited.

La tension aux bornes de l’enroulement secondaire du transformateur, lorsque l’élément de commutation semi-conducteur est fermé, dépend alors de l’impédance de la boucle secondaire, vue par ledit élément de commutation.The voltage at the terminals of the secondary winding of the transformer, when the semiconductor switching element is closed, then depends on the impedance of the secondary loop, seen by said switching element.

Grâce au transformateur, la tension aux bornes de l’élément de commutation semi-conducteur diffère de la tension entre les terminaux du module de conversion, en fonction du rapport de transformation du transformateur. L’interrupteur principal peut alors être placé en position ouverte sans qu’une surtension n’apparaisse à ses bornes lors du régime transitoire.Thanks to the transformer, the voltage at the terminals of the semiconductor switching element differs from the voltage between the terminals of the conversion module, depending on the transformation ratio of the transformer. The main switch can then be placed in the open position without an overvoltage appearing at its terminals during the transient state.

De préférence, l’ensemble des circuits d’amortissement de la chaine de conversion sont sensiblement identiques. En outre, ils présentent avantageusement une impédance sensiblement égale. Un intérêt est d’améliorer l’équilibre entre les entre les terminaux des modules de conversion de la chaine de conversion, lorsque les éléments de commutation semi-conducteurs sont dans un état passant. Les tensions entre les terminaux des différents modules de conversion dont les interrupteurs principaux sont contournés sont alors sensiblement égales. En d’autres mots, la tension totale de la chaine de conversion est équitablement répartie entre les modules de conversion.Preferably, all the damping circuits of the conversion chain are substantially identical. In addition, they advantageously have a substantially equal impedance. One interest is to improve the balance between the between the terminals of the conversion modules of the conversion chain, when the semiconductor switching elements are in an on state. The voltages between the terminals of the various conversion modules whose main switches are bypassed are then substantially equal. In other words, the total tension of the conversion chain is evenly distributed between the conversion modules.

De préférence, l’ensemble des éléments de commutation de la chaine de conversion sont commandés de manière similaire et simultanée, afin d’améliorer l’équilibre des tensions entre les modules de conversion.Preferably, all the switching elements of the conversion chain are controlled in a similar and simultaneous manner, in order to improve the balance of the voltages between the conversion modules.

De manière non limitative, l’élément de commutation semi-conducteur peut être avantageusement commandé en mode tout-ou-rien, entre un unique état bloqué et un unique état passant. Dans l’état bloqué, son impédance est très grande, idéalement infinie. Dans l’état passant, son impédance est très faible. En variante, l’élément de commutation semi-conducteur peut fonctionner en mode linéaire et être apte à prendre une pluralité d’états passants, correspondant chacun à une impédance propre donnée à l’élément de commutation semi-conducteur.In a non-limiting manner, the semiconductor switching element can advantageously be controlled in all-or-nothing mode, between a single off state and a single on state. In the blocked state, its impedance is very large, ideally infinite. In the on state, its impedance is very low. As a variant, the semiconductor switching element can operate in linear mode and be able to assume a plurality of on states, each corresponding to a specific impedance given to the semiconductor switching element.

De manière avantageuse, le circuit d’amortissement peut comprendre une résistance connectée en série avec l’enroulement secondaire du transformateur, dans la boucle secondaire. Cette résistance permet d’ajuster le courant circulant dans la boucle secondaire et la tension entre les terminaux supérieur et inférieur du module de conversion, cette tension dépendant de l’impédance du circuit d’amortissement.Advantageously, the snubber circuit may include a resistor connected in series with the secondary winding of the transformer, in the secondary loop. This resistance makes it possible to adjust the current circulating in the secondary loop and the voltage between the upper and lower terminals of the conversion module, this voltage depending on the impedance of the damping circuit.

De préférence, le transformateur présente un rapport de transformation compris entre 0 et 1 entre l’enroulement primaire et l’enroulement secondaire du transformateur. Le rapport de transformation correspond au rapport entre le nombre de spires de l’enroulement secondaire et le nombre de spires de l’enroulement primaire. En approximation, le rapport de transformation du transformateur est environ égal au rapport entre la tension aux bornes de l’enroulement secondaire et la tension aux bornes de l’enroulement primaire du transformateur en fonctionnement. Un intérêt est de réduire la tension aux bornes de l’élément de commutation semi-conducteur par rapport à la tension aux bornes de l’interrupteur principal et donc entre les terminaux supérieur et inférieur du module de conversion. Les éléments de commutation semi-conducteurs de la chaine de conversion sont donc soumis à une tension très inférieure à la tension à laquelle sont soumis les éléments de commutation des dispositifs de l’art antérieur. Aussi, il n’est pas nécessaire de sélectionner un élément de commutation semi-conducteur spécifiquement calibré en tension, apte à supporter une tension importante, par exemple supérieure à 6 kilovolts, qui sont particulièrement coûteux et peu disponibles sur le marché. Un élément de commutation de calibre en tension inférieur peut être utilisé. Le coût et l’encombrement de la chaine de conversion est donc réduit.Preferably, the transformer has a transformation ratio between 0 and 1 between the primary winding and the secondary winding of the transformer. The transformation ratio corresponds to the ratio between the number of turns of the secondary winding and the number of turns of the primary winding. As an approximation, the transformation ratio of the transformer is approximately equal to the ratio between the voltage across the terminals of the secondary winding and the voltage across the terminals of the primary winding of the transformer in operation. One interest is to reduce the voltage across the terminals of the semiconductor switching element compared to the voltage across the terminals of the main switch and therefore between the upper and lower terminals of the conversion module. The semiconductor switching elements of the conversion chain are therefore subjected to a voltage much lower than the voltage to which the switching elements of the devices of the prior art are subjected. Also, it is not necessary to select a semiconductor switching element specifically calibrated in voltage, able to withstand a high voltage, for example greater than 6 kilovolts, which are particularly expensive and not very available on the market. A lower voltage rating switching element may be used. The cost and size of the conversion chain is therefore reduced.

Avantageusement, le transformateur est un autotransformateur, de sorte que l’enroulement secondaire est une portion de l’enroulement primaire. Un avantage est qu’un tel autotransformateur présente une taille réduite par rapport aux transformateurs classiques. Il est en outre moins coûteux et présente un rendement supérieur.Advantageously, the transformer is an autotransformer, so that the secondary winding is a portion of the primary winding. An advantage is that such an autotransformer has a reduced size compared to conventional transformers. It is also less expensive and has a higher yield.

De manière avantageuse, l’interrupteur principal est un composant semi-conducteur, par exemple un thyristor ou une diode. Si l’interrupteur principal est un thyristor, alors il comprend une anode, une cathode et une gâchette permettant de commander son ouverture et sa fermeture. Auquel cas, la position ouverte de l’interrupteur principal correspond à l’état bloquée du thyristor et la position fermée correspond à l’état passant du thyristorAdvantageously, the main switch is a semiconductor component, for example a thyristor or a diode. If the main switch is a thyristor, then it includes an anode, a cathode and a trigger to control its opening and closing. In which case, the open position of the main switch corresponds to the off state of the thyristor and the closed position corresponds to the on state of the thyristor

L’interrupteur principal peut également être un transistor, par exemple un transistor bipolaire.The main switch can also be a transistor, for example a bipolar transistor.

Préférentiellement, le circuit d’amortissement comprend une diode connectée en série avec l’élément de commutation semi-conducteur, dans la boucle secondaire. La diode autorise uniquement la circulation du courant dans un seul sens, dans la boucle secondaire. Un intérêt est d’imposer une tension moyenne sensiblement nulle aux bornes de l’enroulement secondaire du transformateur, afin d’éviter sa saturation.Preferably, the damping circuit comprises a diode connected in series with the semiconductor switching element, in the secondary loop. The diode only allows current to flow in one direction, in the secondary loop. An advantage is to impose a substantially zero average voltage across the terminals of the secondary winding of the transformer, in order to avoid its saturation.

De préférence, l’élément de commutation semi-conducteur est un composant semi-conducteur ayant une tension de fonctionnement inférieure à 4 kilovolts (kV). L’élément de commutation semi-conducteur fonctionne de manière optimale lorsqu’il est soumis à une tension inférieure à 4 kilovolts, et ne risque pas d’être endommagé à cette tension. Un intérêt est que ce type d’élément de commutation semi-conducteur est moins coûteux et encombrant que les éléments de commutation calibrés pour supporter de fortes tensions. En outre, ces composants sont couramment utilisés et peuvent être facilement trouvés sur le marché. Le coût de production de la chaine de conversion est donc réduit et sa fabrication est facilitée.Preferably, the semiconductor switching element is a semiconductor component having an operating voltage of less than 4 kilovolts (kV). The semiconductor switching element performs best when subjected to a voltage below 4 kilovolts, and is not likely to be damaged at this voltage. One advantage is that this type of semiconductor switching element is less expensive and bulky than the switching elements calibrated to withstand high voltages. Also, these components are commonly used and can be easily found in the market. The production cost of the conversion chain is therefore reduced and its manufacture is facilitated.

Avantageusement, l’élément de commutation semi-conducteur est un transistor, par exemple un transistor bipolaire à grille isolée (IGBT) ou un transistor à effet de champ à grille métal-oxyde (MOSFET). La mise dans l’état passant ou bloqué d’un tel transistor peut être commandée. Il présente avantageusement une grille, un collecteur et un émetteur, dans le cas d’un transistor bipolaire ou une grille, un drain et une source en cas de transistor à effet de champ.Advantageously, the semiconductor switching element is a transistor, for example an insulated gate bipolar transistor (IGBT) or a metal-oxide gate field effect transistor (MOSFET). The switching on or off of such a transistor can be controlled. It advantageously has a gate, a collector and an emitter, in the case of a bipolar transistor or a gate, a drain and a source in the case of a field effect transistor.

Les transistors MOSFET sont généralement configurés pour fonctionner à basse tension, environ 650 volts. Les transistors bipolaires IGBT sont traditionnellement calibrés pour supporter des tensions plus importantes, comprises entre 650 volts et 6.5 kilovolts. Le choix de l’élément de commutation semi-conducteur peut être fait en fonction du transformateur et de son rapport de transformation.MOSFET transistors are typically configured to operate at low voltage, around 650 volts. IGBT bipolar transistors are traditionally calibrated to withstand higher voltages, between 650 volts and 6.5 kilovolts. The choice of the semiconductor switching element can be made according to the transformer and its transformation ratio.

De manière avantageuse, l’élément de commutation semi-conducteur est apte à prendre une pluralité d’états passants, chaque état passant correspondant à une valeur de courant électrique traversant ledit élément de commutation semi-conducteur. L’élément de commutation semi-conducteur présente alors un fonctionnement linéaire. Chaque état passant correspond à une impédance donnée dudit élément de commutation semi-conducteur. L’état passant parmi la pluralité d’état passant dans lequel est placé l’élément de commutation semi-conducteur détermine son impédance et donc le courant traversant ledit élément de commutation semi-conducteur et circulant dans la boucle secondaire.Advantageously, the semiconductor switching element is capable of assuming a plurality of on states, each on state corresponding to an electric current value passing through said semiconductor switching element. The semiconductor switching element then has a linear operation. Each on state corresponds to a given impedance of said semiconductor switching element. The on state among the plurality of on states in which the semiconductor switching element is placed determines its impedance and therefore the current passing through said semiconductor switching element and circulating in the secondary loop.

L’élément de commutation semi-conducteur permet donc de contrôler la valeur du courant circulant dans la boucle secondaire et indirectement la valeur du courant circulant dans la boucle primaire. Un intérêt est notamment d’ajuster le courant de recouvrement inverse circulant dans l’interrupteur principal afin d’éviter une surtension de l’interrupteur principal. L’élément de commutation semi-conducteur permet également de contrôler la tension aux bornes des enroulements primaire et secondaire du transformateur et donc la tension entre les terminaux du module de conversion.The semiconductor switching element therefore makes it possible to control the value of the current flowing in the secondary loop and indirectly the value of the current flowing in the primary loop. One interest is in particular to adjust the reverse recovery current flowing in the main switch in order to avoid an overvoltage of the main switch. The semiconductor switching element also makes it possible to control the voltage across the primary and secondary windings of the transformer and therefore the voltage between the terminals of the conversion module.

Ce fonctionnement linéaire de l’élément de commutation semi-conducteur offre une plus grande liberté dans l’ajustement de la tension entre les terminaux du module de conversion, par rapport à un élément de commutation semi-conducteur fonctionnant dans un mode tout-ou-rien.This linear operation of the semiconductor switching element provides greater freedom in adjusting the voltage between the terminals of the converter module, compared to a semiconductor switching element operating in an all-or-one mode. Nothing.

De préférence, la chaine de conversion comprend un module de contrôle configuré pour commander la mise audit au moins un état passant ou à l’état bloqué de l’élément de commutation semi-conducteur. La mise dans un état passant est généralement commandée avant de placer l’interrupteur principal en position ouverte.Preferably, the conversion chain comprises a control module configured to control the setting to said at least one on state or in the off state of the semiconductor switching element. Switching to an on state is generally ordered before placing the main switch in the open position.

Avantageusement, le module de contrôle est configuré pour commander la mise dans l’un des états passants dudit élément de commutation semi-conducteur, en fonction d’une consigne de tension aux bornes de l’enroulement secondaire du transformateur et/ou d’une consigne de courant traversant ledit enroulement secondaire du transformateur. Un intérêt est de pouvoir réguler le courant circulant dans la boucle secondaire et la tension aux bornes de l’enroulement secondaire, afin d’ajuster la tension entre les terminaux du module de conversion.Advantageously, the control module is configured to control the placing in one of the on states of said semiconductor switching element, as a function of a voltage setpoint at the terminals of the secondary winding of the transformer and/or of a current setpoint passing through said secondary winding of the transformer. One interest is to be able to regulate the current circulating in the secondary loop and the voltage at the terminals of the secondary winding, in order to adjust the voltage between the terminals of the conversion module.

Préférentiellement, l’interrupteur principal comprend deux bornes entre lesquelles il s’étendant, le module de contrôle étant configuré pour commander le passage de l’état bloqué de l’élément de commutation semi-conducteur audit au moins un état passant dudit élément de commutation semi-conducteur lorsque la tension aux bornes de l’interrupteur principal dépasse un seuil de tension prédéterminé. Un intérêt est d’éviter l’endommagement de l’élément de commutation semi-conducteur en cas de surtension. Le seuil de tension dépend des propriétés de l’interrupteur principal et est avantageusement fixé à une valeur inférieure à la tension maximale de fonctionnement dudit interrupteur principal, afin de garantir sa sécurité.Preferably, the main switch comprises two terminals between which it extends, the control module being configured to control passage from the off state of the semiconductor switching element to said at least one on state of said switching element semiconductor when the voltage across the terminals of the main switch exceeds a predetermined voltage threshold. One interest is to avoid damage to the semiconductor switching element in the event of an overvoltage. The voltage threshold depends on the properties of the main switch and is advantageously set at a value lower than the maximum operating voltage of said main switch, in order to guarantee its safety.

De manière non limitative, le dépassement du seuil de tension peut intervenir à l’ouverture ou à la fermeture de l’interrupteur principal.In a non-limiting way, the exceeding of the voltage threshold can occur when the main switch is opened or closed.

De manière avantageuse, le module de contrôle est configuré pour commander l’ouverture et la fermeture de l’interrupteur principal.Advantageously, the control module is configured to control the opening and closing of the main switch.

L’invention porte par ailleurs sur un convertisseur de tension pour une installation HVDC comprenant au moins une chaine de conversion telle que décrite précédemment. Ce convertisseur peut être de type LCC ou VSC et peut être un convertisseur AC/DC, un convertisseur DC/AC ou encore un convertisseur DC/DC.The invention also relates to a voltage converter for an HVDC installation comprising at least one conversion chain as described previously. This converter can be of the LCC or VSC type and can be an AC/DC converter, a DC/AC converter or even a DC/DC converter.

L’invention porte également sur un procédé de contrôle d’une chaine de conversion telle que décrite précédemment, le procédé comprenant une étape de mise dans ledit au moins un état passant dudit élément de commutation semi-conducteur, de manière à autoriser la circulation d’un courant électrique dans le circuit d’amortissement, afin d’ajuster la tension entre les terminaux du module de conversion.The invention also relates to a method for controlling a conversion chain as described previously, the method comprising a step of placing said at least one on state of said semiconductor switching element, so as to authorize the circulation of an electric current in the snubber circuit, in order to adjust the voltage between the terminals of the conversion module.

De préférence, l’élément de commutation semi-conducteur est placé dans ledit au moins un état passant lorsque la tension aux bornes de l’interrupteur principal dépasse un seuil de tension prédéterminé.Preferably, the semiconductor switching element is placed in said at least one on state when the voltage across the terminals of the main switch exceeds a predetermined voltage threshold.

Préférentiellement, l’élément de commutation semi-conducteur est placé dans un état passant choisi parmi une pluralité d’états passants, de manière à ajuster le courant électrique traversant ledit élément de commutation semi-conducteurPreferably, the semiconductor switching element is placed in an on state chosen from among a plurality of on states, so as to adjust the electric current passing through said semiconductor switching element

Ce mode de mise en œuvre du procédé correspond à une commande linéaire de l’élément de commutation semi-conducteur.This mode of implementation of the method corresponds to a linear control of the semiconductor switching element.

L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d’un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés, sur lesquels :The invention will be better understood on reading the following description of an embodiment of the invention given by way of non-limiting example, with reference to the appended drawings, in which:

La figure 1 illustre une chaine de conversion selon l’invention ; FIG. 1 illustrates a conversion chain according to the invention;

La figure 2 illustre un premier mode de réalisation d’un module de conversion de la chaine de conversion de la figure 1 ; FIG. 2 illustrates a first embodiment of a conversion module of the conversion chain of FIG. 1;

La figure 3 illustre un deuxième mode de réalisation d’un module de conversion de la chaine de conversion de la figure 1 ; FIG. 3 illustrates a second embodiment of a conversion module of the conversion chain of FIG. 1;

La figure 4 illustre un troisième mode de réalisation d’un module de conversion de la chaine de conversion de la figure 1 ; FIG. 4 illustrates a third embodiment of a conversion module of the conversion chain of FIG. 1;

La figure 5 illustre un quatrième mode de réalisation d’un module de conversion de la chaine de conversion de la figure 1 ; et FIG. 5 illustrates a fourth embodiment of a conversion module of the conversion chain of FIG. 1; And

La figure 6 illustre un convertisseur de tension AC/DC comprenant une pluralité de chaines de conversion selon l’invention. FIG. 6 illustrates an AC/DC voltage converter comprising a plurality of conversion chains according to the invention.

L’invention porte sur une chaine de conversion pour un convertisseur de tension, notamment un convertisseur de tension HVDC.The invention relates to a conversion chain for a voltage converter, in particular an HVDC voltage converter.

De manière non limitative, le convertisseur de tension peut être de type AC/DC et permettre de convertir une tension alternative en une tension continue et inversement. En variante, et toujours de manière non limitative, le convertisseur de tension peut être de type DC/DC et permettre de convertir une première tension continue en une seconde tension continue et inversement. Le convertisseur de tension peut par ailleurs être un convertisseur commuté par la ligne (LCC) ou un convertisseur source de tension (VSC).In a non-limiting manner, the voltage converter can be of the AC/DC type and make it possible to convert an alternating voltage into a direct voltage and vice versa. As a variant, and still in a non-limiting way, the voltage converter can be of the DC/DC type and make it possible to convert a first DC voltage into a second DC voltage and vice versa. The voltage converter can also be a line commutated converter (LCC) or a voltage source converter (VSC).

La figure1illustre une chaine de conversion10selon l’invention pour un tel convertisseur de tension. La chaine de conversion10comprend une pluralité de modules de conversion12connectés en série les uns des autres dans la chaine de conversion10. Dans cet exemple non limitatif, la chaine de conversion10comprend trois modules de conversion12. Chacun des modules de conversion12comprend un terminal supérieur12aet un terminal inférieur12bentre lesquels il s’étend. Le terminal inférieur12bd’un module de conversion12est relié électriquement au terminal supérieur12adu module de conversion12directement adjacent.FIG. 1 illustrates a conversion chain 10 according to the invention for such a voltage converter. The conversion chain 10 comprises a plurality of conversion modules 12 connected in series with each other in the conversion chain 10 . In this non-limiting example, the conversion chain 10 comprises three conversion modules 12 . Each of the conversion modules 12 comprises an upper terminal 12a and a lower terminal 12b between which it extends. The lower terminal 12b of a conversion module 12 is electrically connected to the upper terminal 12a of the directly adjacent conversion module 12 .

Chacun des modules de conversion12comprend une ligne électriquement principale14s’étendant entre son terminal supérieur12aet son terminal inférieur12b. Chaque module de conversion12comprend un interrupteur principal16connecté dans sa ligne principale14entre le terminal supérieur12aet le terminal inférieur12b. Ces interrupteurs principaux peuvent prendre une position ouverte et une position fermée.Each of the conversion modules 12 comprises an electrically main line 14 extending between its upper terminal 12a and its lower terminal 12b . Each conversion module 12 comprises a main switch 16 connected in its main line 14 between the upper terminal 12a and the lower terminal 12b . These main switches can assume an open position and a closed position.

Dans cet exemple non limitatif, les interrupteurs principaux16sont des interrupteurs à semi-conducteur et plus précisément des thyristors. Ils comprennent chacun une anodeA reliée électriquement au terminal supérieur12adu module de conversion correspondant, une cathodeKreliée électriquement au terminal inférieur12bdu module de conversion correspondant, et une gâchetteG a permettant de commander le thyristor. Chaque interrupteur principal16peut prendre une position ouverte, correspondant à l’état bloqué du thyristor, dans laquelle il bloque la circulation d’un courant électrique dans ladite ligne électrique principale14, par exemple si la tension entre l’anodeAet la cathodeKest négative ou si cette tension est positive mais le courant entrant sur la gâchetteG aest nul. Chaque interrupteur principal16peut également prendre une position fermée, correspondant à l’état passant du thyristor, dans laquelle il autorise la circulation d’un courant électrique dans ladite ligne électrique principale14, notamment si la tension entre l’anodeAet la cathodeKest positive et qu’une impulsion en courant positive a été appliquée sur la gâchetteG a.In this non-limiting example, the main switches16are semiconductor switches and more precisely thyristors. They each include an anodeAT connected electrically to the upper terminal12aof the corresponding conversion module, a cathodeKelectrically connected to the lower terminal12bof the corresponding conversion module, and a triggerG To for controlling the thyristor. Each main switch16can assume an open position, corresponding to the blocked state of the thyristor, in which it blocks the flow of an electric current in said main electric line14, for example if the voltage between the anodeATand the cathodeKis negative or if this voltage is positive but the incoming current on the triggerG Tois zero. Each main switch16can also assume a closed position, corresponding to the on state of the thyristor, in which it authorizes the circulation of an electric current in said main electric line14, especially if the voltage between the anodeATand the cathodeKis positive and a positive current pulse has been applied to the triggerG To.

Dans cet exemple non limitatif, tous les interrupteurs principaux16sont sensiblement identiques et de même nature.In this non-limiting example, all the main switches 16 are substantially identical and of the same type.

Chaque module de conversion12comprend par ailleurs un circuit d’amortissement18configuré pour ajuster la tension entre les terminaux du module de conversion, connecté entre les terminaux supérieur et inférieur12a,12bdu module de conversion12correspondant. Chaque circuit d’amortissement18est connecté en parallèle de l’interrupteur principal16du module de conversion.Each conversion module 12 also comprises a damping circuit 18 configured to adjust the voltage between the terminals of the conversion module, connected between the upper and lower terminals 12a , 12b of the corresponding conversion module 12 . Each damping circuit 18 is connected in parallel with the main switch 16 of the conversion module.

La figure2illustre un premier mode de réalisation d’un module de conversion12de la chaine de conversion10de la figure1. L’interrupteur principal16présente une tensionV T à ses bornes, et donc entre les terminaux supérieur et inférieur12a,12b. Le circuit d’amortissement18du module de conversion12comprend un transformateur20. Dans cet exemple non limitatif, l’anode du thyristor16est connectée au terminal inférieur12bdu module de conversion et sa cathode est connectée au terminal supérieur12adu module de conversion.FIG. 2 illustrates a first embodiment of a conversion module 12 of the conversion chain 10 of FIG. 1 . The main switch 16 has a voltage V T at its terminals, and therefore between the upper and lower terminals 12a , 12b . The damping circuit 18 of the conversion module 12 comprises a transformer 20 . In this non-limiting example, the anode of thyristor 16 is connected to the lower terminal 12b of the conversion module and its cathode is connected to the upper terminal 12a of the conversion module.

Dans ce premier mode de réalisation non limitatif, le transformateur20est de type monophasé, de sorte qu’il comprend un enroulement primaire20aet un enroulement secondaire20b, isolés galvaniquement. Le transformateur est polarisé normalement.In this first non-limiting embodiment, the transformer 20 is of the single-phase type, so that it comprises a primary winding 20a and a secondary winding 20b , galvanically isolated. The transformer is normally polarized.

L’enroulement primaire20adu transformateur20est connecté dans une boucle primaire22entre le terminal supérieur12aet le terminal inférieur12bdu module de conversion12. Un condensateur24est connecté en série avec l’enroulement primaire20adu transformateur20, dans la boucle primaire22, entre le terminal supérieur12adu module de conversion et ledit enroulement primaire.The primary winding 20a of the transformer 20 is connected in a primary loop 22 between the upper terminal 12a and the lower terminal 12b of the conversion module 12 . A capacitor 24 is connected in series with the primary winding 20a of the transformer 20 , in the primary loop 22 , between the upper terminal 12a of the conversion module and said primary winding.

Le circuit d’amortissement18comprend en outre un élément de commutation semi-conducteur26connecté en série avec l’enroulement secondaire20bdu transformateur20. L’enroulement secondaire20best connecté dans une boucle secondaire28. Une diode30est en outre connectée en série dans la boucle secondaire28, entre l’enroulement secondaire20bet l’élément de commutation semi-conducteur26. La diode est passante dans le sens allant de l’enroulement secondaire à l’élément de commutation semi-conducteur.Snubber circuit 18 further includes a semiconductor switching element 26 connected in series with secondary winding 20b of transformer 20 . The secondary winding 20b is connected in a secondary loop 28 . A diode 30 is also connected in series in the secondary loop 28 , between the secondary winding 20b and the semiconductor switching element 26 . The diode conducts in the direction from the secondary winding to the semiconductor switching element.

L’enroulement primaire20adu transformateur20présente une tensionV1à ses bornes tandis que l’enroulement secondaire20bprésente une tensionV2à ses bornes. Le transformateur présente un rapport de transformation entre son enroulement primaire20aet son enroulement secondaire20bqui est, dans cet exemple non limitatif, inférieur à 1 et compris entre 0 et 1. La tension aux bornes de l’enroulement secondaire20best donc strictement inférieure à la tension aux bornes de l’enroulement primaire20a, en fonctionnement.The primary winding 20a of the transformer 20 has a voltage V1 at its terminals while the secondary winding 20b has a voltage V2 at its terminals. The transformer has a transformation ratio between its primary winding 20a and its secondary winding 20b which is, in this non-limiting example, less than 1 and between 0 and 1. The voltage across the terminals of the secondary winding 20b is therefore strictly lower to the voltage across the terminals of the primary winding 20a , in operation.

Sans sortir du cadre de l’invention, le thyristor16pourrait être inversé de manière à conduire le courant dans le sens opposé. Le sens de la diode et la polarité du transformateur devraient alors être adaptés.Without departing from the scope of the invention, thyristor 16 could be reversed so as to conduct the current in the opposite direction. The direction of the diode and the polarity of the transformer should then be adapted.

Les transformateurs de la chaine de conversion selon l’invention offrent un degré de liberté supplémentaire dans l’ajustement de la tension aux bornes des éléments de commutation semi-conducteurs26, ce qui réduit les contraintes dans le choix de ces composants. Contrairement aux dispositifs de l’art antérieur, le calibre des éléments de commutation semi-conducteurs n’est pas imposé par la tension aux bornes des interrupteurs principaux correspondants. Au contraire, grâce à l’invention, il est notamment possible d’adapter la tension aux bornes des éléments de commutation semi-conducteurs en fonction des plages de tension permettant un fonctionnement optimal de ces éléments de commutation semi-conducteurs.The transformers of the conversion chain according to the invention offer an additional degree of freedom in adjusting the voltage at the terminals of the semiconductor switching elements 26 , which reduces the constraints in the choice of these components. Unlike the devices of the prior art, the size of the semiconductor switching elements is not imposed by the voltage across the terminals of the corresponding main switches. On the contrary, thanks to the invention, it is in particular possible to adapt the voltage at the terminals of the semiconductor switching elements according to the voltage ranges allowing optimum operation of these semiconductor switching elements.

Dans cet exemple non limitatif, l’élément de commutation semi-conducteur26est un transistor à effet de champ à grille métal-oxyde (MOSFET) de sorte qu’il comprend une grilleG, un drainDet une sourceS. Cet élément de commutation semi-conducteur26peut prendre un état bloqué dans lequel il se comporte comme un interrupteur ouvert et il ne permet pas la circulation d’un courant électrique dans la boucle secondaire28et dans l’enroulement secondaire20bdu transformateur20et donc dans le circuit d’amortissement18. Sans sortir du cadre de l’invention, l’élément de commutation semi-conducteur pourrait être un transistor IGBT.In this non-limiting example, the semiconductor switching element 26 is a metal-oxide gate field effect transistor (MOSFET) so that it includes a gate G , a drain D and a source S. This semiconductor switching element 26 can assume a blocked state in which it behaves like an open switch and it does not allow the circulation of an electric current in the secondary loop 28 and in the secondary winding 20b of the transformer 20 and therefore in the damping circuit 18 . Without departing from the scope of the invention, the semiconductor switching element could be an IGBT transistor.

Dans cet exemple non limitatif, l’élément de commutation semi-conducteur26peut également prendre une pluralité d’états passants dans lesquels il autorise la circulation d’un courant électrique dans le circuit d’amortissement18et plus précisément d’un courant électriquei2dans la boucle secondaire28et dans l’enroulement secondaire20 bdu transformateur. Dans chacun de ces états passants, l’élément de commutation semi-conducteur26se comporte comme un interrupteur fermé, de sorte que le circuit d’amortissement forme un chemin de courant auxiliaire permettant de dévier le courant. Le courant circulant dans la ligne électrique principale14est alors réduit. L’impédance de l’élément de commutation semi-conducteur26est différente pour chacun des états passants, de sorte que le courant électriquei2circulant dans la boucle secondaire28peut être régulé en commandant l’élément de commutation semi-conducteur26et en le plaçant dans un des états passants. L’élément de commutation semi-conducteur permet donc de réguler le courant électriquei 2circulant dans la boucle secondaire et la tensionV 2aux bornes de l’enroulement secondaire. L’élément de commutation semi-conducteur26peut donc être commandé de manière linéaire. En variante, l’élément de commutation semi-conducteur pourrait être commandé en fonctionnement tout-ou-rien, de sorte qu’il ne commuterait qu’entre un état bloqué et un unique état passant.In this non-limiting example, the semiconductor switching element 26 can also assume a plurality of on states in which it authorizes the circulation of an electric current in the damping circuit 18 and more precisely of an electric current i2 in the secondary loop 28 and in the secondary winding 20b of the transformer. In each of these on states, the semiconductor switching element 26 behaves like a closed switch, so that the snubber circuit forms an auxiliary current path allowing current to be diverted. The current flowing in the main electric line 14 is then reduced. The impedance of the semiconductor switching element 26 is different for each of the on states, so that the electric current i2 flowing in the secondary loop 28 can be regulated by controlling the semiconductor switching element 26 and by placing it in one of the on states. The semiconductor switching element therefore makes it possible to regulate the electric current i 2 flowing in the secondary loop and the voltage V 2 at the terminals of the secondary winding. The semiconductor switching element 26 can therefore be controlled linearly. Alternatively, the semiconductor switching element could be controlled in all-or-nothing operation, so that it would only switch between an off state and a single on state.

Comme illustré en figure2, la chaine de conversion10comprend par ailleurs un module de contrôle40permettant de commander les interrupteurs principaux16et les éléments de commutation semi-conducteurs26des modules de conversion12. En particulier, le module de contrôle40est configuré pour commander la mise à l’état passant ou bloqué de l’élément de commutation semi-conducteur26. Dans cet exemple non limitatif, il permet en outre de commander l’élément de commutation semi-conducteur26en ajustant la tensionV GS entre la grille et la source de l’élément de commutation semi-conducteur en fonction d’une consigne de de tension VT* entre les terminaux supérieur et inférieur du module de conversion12.As illustrated in FIG. 2 , the conversion chain 10 also comprises a control module 40 making it possible to control the main switches 16 and the semiconductor switching elements 26 of the conversion modules 12 . In particular, the control module 40 is configured to control the switching on or off of the semiconductor switching element 26 . In this non-limiting example, it also makes it possible to control the semiconductor switching element 26 by adjusting the voltage V GS between the gate and the source of the semiconductor switching element according to a setpoint of voltage V T * between the upper and lower terminals of the conversion module 12 .

Un mode de mise en œuvre du procédé de la chaine de conversion10, en régime transitoire, au moyen du module de contrôle40, va maintenant être détaillé, et plus précisément la commande du module de conversion de la figure2, permettant d’amortir la surtension pouvant apparaitre à l’ouverture de l’interrupteur principal16.A mode of implementation of the method of the conversion chain 10 , in transient state, by means of the control module 40 , will now be detailed, and more precisely the control of the conversion module of FIG . the overvoltage that may appear when the main switch 16 is opened.

De manière non limitative, l’ensemble des modules de conversion10, et notamment des éléments de commutation semi-conducteurs26sont commandés de manière similaire et simultanément, par exemple par des cartes électroniques identiques.In a non-limiting manner, all of the conversion modules 10 , and in particular of the semiconductor switching elements 26 are controlled in a similar manner and simultaneously, for example by identical electronic cards.

En régime stationnaire, l’interrupteur principal16du module de conversion12est en position fermée et est traversé par un courant circulant dans la ligne principale14. Il présente une tensionV T à ses bornes qui est une haute tension, environ égale à 10 kilovolts. L’élément de commutation semi-conducteur26est à l’état bloqué, de sorte qu’aucun courant ne circule dans le circuit d’amortissement18.In steady state, the main switch 16 of the conversion module 12 is in the closed position and is crossed by a current flowing in the main line 14 . It has a voltage V T across its terminals which is a high voltage, approximately equal to 10 kilovolts. The semiconductor switching element 26 is in an off state, so that no current flows through the snubber circuit 18 .

Lorsqu’il est envisagé de placer l’interrupteur principal16en position ouverte, l’élément de commutation semi-conducteur26est placé dans un état passant, de sorte qu’un courant circule dans le circuit d’amortissement18. Le circuit d’amortissement18génère alors un chemin auxiliaire de circulation du courant électrique, de sorte que le courant circulant dans le module de conversion est au moins partiellement dévié vers le circuit d’amortissement.18. Le courant circulant dans la ligne électrique principale14, à travers l’interrupteur principal16, est réduit. Ceci permet notamment d’ajuster le courant de recouvrement inverse circulant dans l’interrupteur principal16. Grâce au circuit d’amortissement18, la tension entre les terminaux de l’interrupteur principal est donc limitée, ce qui permet d’éviter une surtension de l’interrupteur principal.When it is intended to place the main switch 16 in the open position, the semiconductor switching element 26 is placed in an on state, so that a current flows in the snubber circuit 18 . The damping circuit 18 then generates an auxiliary path for the circulation of the electric current, so that the current flowing in the conversion module is at least partially diverted towards the damping circuit. 18 . The current flowing in the main power line 14 , through the main switch 16 , is reduced. This makes it possible in particular to adjust the reverse recovery current flowing in the main switch 16 . Thanks to the damping circuit 18 , the voltage between the terminals of the main switch is therefore limited, which makes it possible to avoid an overvoltage of the main switch.

Un couranti2circule alors dans la boucle secondaire28et l’enroulement secondaire20bprésente une tensionV2à ses bornes, tandis que l’enroulement primaire20aprésente une tensionV1, supérieure àV2, à ses bornes. La diode30empêche la circulation d’un courant inverse dans la boucle secondaire. Le condensateur24filtre et bloque la composante continue de la tensionV T aux bornes de l’interrupteur principal16afin d’éviter la saturation du transformateur20.A current i2 then flows in the secondary loop 28 and the secondary winding 20b has a voltage V2 at its terminals, while the primary winding 20a has a voltage V1 , greater than V2 , at its terminals. Diode 30 prevents the flow of a reverse current in the secondary loop. Capacitor 24 filters and blocks the DC component of voltage V T at the terminals of main switch 16 in order to avoid saturation of transformer 20 .

En variante, l’élément de commutation semi-conducteur26pourrait être placé dans un état passant lorsque la tensionV T aux bornes de l’interrupteur principal16dépasse un seuil de tension prédéterminé, par exemple un seuil légèrement inférieur à la tension maximale de fonctionnement dudit interrupteur principal.As a variant, the semiconductor switching element 26 could be placed in an on state when the voltage V T across the terminals of the main switch 16 exceeds a predetermined voltage threshold, for example a threshold slightly lower than the maximum voltage of operation of said main switch.

Selon l’invention, grâce à transformateur20, la tension à laquelle est soumis l’élément de commutation semi-conducteur26, dans l’état passant, est adaptée et réduite par rapport à la tensionV T aux bornes de l’interrupteur principal16. L’élément de commutation semi-conducteur26est soumis à une tension ayant un ordre de grandeur proche de la tensionV2aux bornes de l’enroulement secondaire20bdu transformateur, qui est dans cet exemple très inférieure à la tensionV T aux bornes de l’interrupteur principal16. Le transformateur permet d’utiliser un transistor MOSFET comme élément de commutation semi-conducteur, ayant un fonctionnement optimal à très basse tension, à environ 650 volts. Le transformateur20permet de s’affranchir de l’utilisation d’un élément de commutation semi-conducteur de fort calibre en tension, apte à supporter une très haute tension, de plus de 4 kilovolts. Ceci permet de réduire les coûts par rapport aux dispositifs de l’art antérieur qui imposent l’utilisation d’éléments de commutation spécifiques, particulièrement coûteux, devant notamment supporter des tensions très élevées.According to the invention, thanks to the transformer 20 , the voltage to which the semiconductor switching element 26 is subjected, in the on state, is adapted and reduced with respect to the voltage V T at the terminals of the main switch 16 . The semiconductor switching element 26 is subjected to a voltage having an order of magnitude close to the voltage V2 at the terminals of the secondary winding 20b of the transformer, which is in this example much lower than the voltage V T at the terminals of the main switch 16 . The transformer makes it possible to use a MOSFET transistor as a semiconductor switching element, having optimum operation at very low voltage, at approximately 650 volts. The transformer 20 makes it possible to dispense with the use of a semiconductor switching element of high voltage caliber, capable of withstanding a very high voltage, of more than 4 kilovolts. This makes it possible to reduce the costs compared with the devices of the prior art which require the use of specific switching elements, which are particularly costly, and which must in particular withstand very high voltages.

L’interrupteur principal16peut alors être ouvert sans qu’une surtension n’apparaisse entre les terminaux supérieur12aet inférieur12b du module de conversion. Un intérêt est d’éviter l’endommagement du module de conversion12et plus généralement du convertisseur de tension. Les circuits d’amortissement18permettent ainsi d’équilibrer les tensions entre les terminaux supérieur et inférieur12a,12bdes différents modules de conversion12 de la chaine de conversion10.The main switch16can then be opened without an overvoltage appearing between the upper terminals12aand lower12b of the conversion module. One interest is to avoid damaging the conversion module12and more generally of the voltage converter. Damping circuits18balance the voltages between the upper and lower terminals12a,12bdifferent conversion modules12 of the conversion chain10.

De manière non limitative, les circuits d’amortissement18de l’ensemble des modules de conversion sont similaires et présentent une impédance sensiblement identique afin d’améliorer l’équilibre entre les tensions entre les terminaux des modules de conversion1 2, lorsque les éléments de commutation semi-conducteurs sont dans l’état passant.In a non-limiting manner, the damping circuits 18 of all the conversion modules are similar and have a substantially identical impedance in order to improve the balance between the voltages between the terminals of the conversion modules 12 , when the elements switching semiconductors are in the on state.

Dans cet exemple non limitatif, la tensionV GS entre la grille et la source du transistor26peut être pilotée grâce au module de contrôle, de manière à placer l’élément de commutation semi-conducteur dans un état passant choisi parmi la pluralité d’états passant possibles. Ceci permet de réguler le couranti2circulant dans la boucle secondaire28et la tensionV2aux bornes de l’enroulement secondaire20bdu transformateur20, notamment afin de fonctionner dans une plage de fonctionnement optimal de l’élément de commutation semi-conducteur et ne pas dépasser ses seuils de fonctionnement en courant et tension.In this non-limiting example, the voltage V GS between the gate and the source of transistor 26 can be controlled using the control module, so as to place the semiconductor switching element in an on state chosen from among the plurality of possible on-states. This makes it possible to regulate the current i2 circulating in the secondary loop 28 and the voltage V2 at the terminals of the secondary winding 20b of the transformer 20 , in particular in order to operate in an optimal operating range of the semiconductor switching element and not not exceed its current and voltage operating thresholds.

L’élément de commutation semi-conducteur peut ensuite être de nouveau placé dans l’état bloqué, de manière à interrompre la circulation d’un courant dans le circuit d’amortissement18du module de conversion12.The semiconductor switching element can then be placed again in the off state, so as to interrupt the flow of a current in the damping circuit 18 of the conversion module 12 .

La figure3illustre un deuxième mode de réalisation d’un module de conversion12d’une chaine de conversion10selon l’invention. Dans ce deuxième mode de réalisation, le transformateur20est polarisé en inverse. En outre, le thyristor16est connecté dans l’autre sens, de sorte que son anode est connectée au terminal supérieur12adu module de conversion et sa cathode est connectée au terminal inférieur12b.FIG. 3 illustrates a second embodiment of a conversion module 12 of a conversion chain 10 according to the invention. In this second embodiment, the transformer 20 is reverse biased. Further, thyristor 16 is connected in the other direction, so that its anode is connected to the upper terminal 12a of the conversion module and its cathode is connected to the lower terminal 12b .

La figure4illustre un troisième mode de réalisation d’un module de conversion12d’une chaine de conversion10selon l’invention. Dans ce troisième mode de réalisation, le transformateur20’est un autotransformateur de sorte que l’enroulement secondaire20b’est une portion de l’enroulement primaire20a’.FIG. 4 illustrates a third embodiment of a conversion module 12 of a conversion chain 10 according to the invention. In this third embodiment, the transformer 20' is an autotransformer so that the secondary winding 20b' is a portion of the primary winding 20a' .

Là-encore, le thyristor16est connecté de sorte que son anode est connectée au terminal supérieur12adu module de conversion et sa cathode est connectée au terminal inférieur12bdu module de conversion12. La diode30est connectée entre le drain de l’élément de commutation semi-conducteur26 et l’enroulement secondaire20b’du transformateur20’. La diode connectée de manière à être passante dans le sens allant du drain de l’élément de commutation semi-conducteur26à l’enroulement secondaire20b’. Again, the thyristor16is connected so that its anode is connected to the upper terminal12aof the conversion module and its cathode is connected to the lower terminal12bof the conversion module12. The diode30is connected between the drain of the semiconductor switching element26 and the secondary winding20b'of the transformer20'. The diode connected so as to be conductive in the direction going from the drain of the semiconductor switching element26to the secondary winding20b'.

La figure5illustre un quatrième mode de réalisation d’un module de conversion12d’une chaine de conversion10selon l’invention. Dans ce troisième mode de réalisation, le transformateur20’est également un autotransformateur.FIG. 5 illustrates a fourth embodiment of a conversion module 12 of a conversion chain 10 according to the invention. In this third embodiment, transformer 20' is also an autotransformer.

Le thyristor16est connecté de sorte que son anode est connectée au terminal inférieur12bdu module de conversion et sa cathode est connectée au terminal supérieure12adu module de conversion12. Dans cet exemple non limitatif, le condensateur24est connecté entre le terminal inférieur12bdu module de conversion et l’enroulement primaire20a dutransformateur20’.The thyristor16is connected so that its anode is connected to the lower terminal12bof the conversion module and its cathode is connected to the upper terminal12aof the conversion module12. In this non-limiting example, the capacitor24is connected between the bottom terminal12bof the conversion module and the primary winding20a ' oftransformer20'.

La figure6illustre un convertisseur de tension AC/DC100comprenant une pluralité de chaines de conversion10selon l’invention. Le convertisseur de tension100est de type LCC et permet de convertir une tension alternative en une tension continue. Il permet en outre de connecter entre eux un réseau d’alimentation électrique alternatif et un réseau d’alimentation électrique continu. Un tel convertisseur de tension100est particulièrement adapté pour être implanté dans une installation HVDC.FIG. 6 illustrates an AC/DC voltage converter 100 comprising a plurality of conversion chains 10 according to the invention. The voltage converter 100 is of the LCC type and makes it possible to convert an alternating voltage into a direct voltage. It also makes it possible to connect an AC power supply network and a DC power supply network to one another. Such a voltage converter 100 is particularly suitable for being installed in an HVDC installation.

Dans cet exemple non limitatif, le convertisseur de tension100comprend un dispositif de conversion supérieur102connecté à un dispositif de conversion inférieur104. Chaque dispositif de conversion102,104comprend trois bras106comprenant chacun deux chaines de conversion10selon l’invention. Dans chaque bras106, les chaines de conversion10sont connectées entre elles en un point intermédiaire110. Les bras du dispositif de conversion102,104sont reliés à deux transformateurs108.In this non-limiting example, the voltage converter 100 comprises an upper conversion device 102 connected to a lower conversion device 104 . Each conversion device 102 , 104 comprises three arms 106 each comprising two conversion chains 10 according to the invention. In each arm 106 , the conversion chains 10 are connected together at an intermediate point 110 . The arms of the conversion device 102 , 104 are connected to two transformers 108 .

Claims (16)

Chaine de conversion (10) pour un convertisseur de tension, par exemple de type convertisseur à courant continu haute tension (HVDC), la chaine de conversion comprenant une pluralité de modules de conversion (12) connectés en série dans ladite chaine de conversion, chaque module de conversion (12) présentant un terminal supérieur (12a) et un terminal inférieur (12b) entre lesquels il s’étend, chaque module de conversion comprenant:
- une ligne électrique principale (14) s’étendant entre le terminal supérieur et le terminal inférieur dudit module de conversion ;
- un interrupteur principal (16) connecté dans ladite ligne électrique principale et pouvant prendre au moins une position ouverte dans laquelle il bloque la circulation d’un courant électrique dans ladite ligne électrique principale et une position fermée dans laquelle il autorise la circulation d’un courant électrique dans ladite ligne électrique principale ;
- un circuit d’amortissement (18) configuré pour ajuster la tension entre les terminaux du module de conversion, connecté entre le terminal supérieur et le terminal inférieur dudit module de conversion, ledit circuit d’amortissement comprenant un transformateur (20) ayant un enroulement primaire (12a,12a’) et un enroulement secondaire (12b,12b’), l’enroulement primaire étant connecté dans une boucle primaire (22), en série avec un condensateur (24), entre le terminal supérieur et le terminal inférieur dudit module de conversion, le circuit d’amortissement comprenant en outre un élément de commutation semi-conducteur (26) connecté en série avec l’enroulement secondaire du transformateur, dans une boucle secondaire (28), ledit élément de commutation semi-conducteur étant configuré pour prendre un état bloqué dans lequel il empêche la circulation d’un courant dans le circuit d’amortissement et au moins un état passant dans lequel il autorise la circulation d’un courant électrique dans le circuit d’amortissement du module de conversion.
Conversion chain (10) for a voltage converter, for example of the high voltage direct current (HVDC) converter type, the conversion chain comprising a plurality of conversion modules (12) connected in series in said conversion chain, each conversion module (12) having an upper terminal (12a) and a lower terminal (12b) between which it extends, each conversion module comprising:
- a main electrical line (14) extending between the upper terminal and the lower terminal of said conversion module;
- a main switch (16) connected in said main electric line and able to assume at least one open position in which it blocks the flow of an electric current in said main electric line and a closed position in which it authorizes the flow of a electric current in said main electric line;
- a snubber circuit (18) configured to adjust the voltage between the terminals of the converter module, connected between the upper terminal and the lower terminal of said converter module, said snubber circuit comprising a transformer (20) having a winding primary (12a, 12a') and a secondary winding (12b, 12b'), the primary winding being connected in a primary loop (22), in series with a capacitor (24), between the upper terminal and the lower terminal of said conversion module, the snubber circuit further comprising a semiconductor switching element (26) connected in series with the secondary winding of the transformer, in a secondary loop (28), said semiconductor switching element being configured to take a blocked state in which it prevents the flow of a current in the damping circuit and at least one on state in which it allows the flow of an electric current in the damping circuit of the conversion module.
Chaine conversion selon la revendication1, dans laquelle le transformateur (20,20’) présente un rapport de transformation compris entre 0 et 1 entre l’enroulement primaire (12a,12a’) et l’enroulement secondaire (12b,12b’) du transformateur.Conversion chain according to claim 1 , in which the transformer (20,20') has a transformation ratio of between 0 and 1 between the primary winding (12a,12a') and the secondary winding (12b,12b') of the transformer. Chaine conversion selon la revendication1ou2, dans laquelle le transformateur (20’) est un autotransformateur, de sorte que l’enroulement secondaire (20b’) est une portion de l’enroulement primaire (20a’).Conversion chain according to Claim 1 or 2 , in which the transformer (20') is an autotransformer, so that the secondary winding (20b') is a portion of the primary winding (20a'). Chaine de conversion selon l’une quelconque des revendications1à3, dans laquelle l’interrupteur principal (16) est un composant semi-conducteur, par exemple un thyristor ou une diode.Conversion chain according to any one of Claims 1 to 3 , in which the main switch (16) is a semiconductor component, for example a thyristor or a diode. Chaine de conversion selon l’une quelconque des revendications1à4, dans laquelle le circuit d’amortissement (18) comprend une diode connectée en série avec l’élément de commutation semi-conducteur, dans la boucle secondaire.Conversion chain according to any one of Claims 1 to 4 , in which the damping circuit (18) comprises a diode connected in series with the semiconductor switching element, in the secondary loop. Chaine de conversion selon l’une quelconque des revendications1à5, dans laquelle le circuit d’amortissement (18) comprend une résistance connectée en série avec l’élément de commutation semi-conducteur, dans la boucle secondaire (28).Conversion chain according to any one of Claims 1 to 5 , in which the damping circuit (18) comprises a resistor connected in series with the semiconductor switching element, in the secondary loop (28). Chaine de conversion selon l’une quelconque des revendications1à6, dans laquelle l’élément de commutation semi-conducteur (26) est un composant semi-conducteur ayant une tension de fonctionnement inférieure à 4 kilovolts (kV).Conversion chain according to any one of Claims 1 to 6 , in which the semiconductor switching element (26) is a semiconductor component having an operating voltage of less than 4 kilovolts (kV). Chaine de conversion selon l’une quelconque des revendications1à7, dans laquelle l’élément de commutation semi-conducteur (26) est un transistor, par exemple un transistor à grille isolée (IGBT) ou un transistor à effet de champ à grille métal-oxyde (MOSFET).Conversion chain according to any one of Claims 1 to 7 , in which the semiconductor switching element (26) is a transistor, for example an insulated-gate transistor (IGBT) or a gate field-effect transistor metal-oxide (MOSFET). Chaine de conversion selon l’une quelconque des revendications1à8, dans laquelle l’élément de commutation semi-conducteur (26) est apte à prendre une pluralité d’états passants, chaque état passant correspondant à une valeur de courant électrique traversant ledit élément de commutation à semi-conducteur.Conversion chain according to any one of claims 1 to 8 , in which the semiconductor switching element (26) is capable of assuming a plurality of on states, each on state corresponding to an electric current value passing through said semiconductor switching element. Chaine de conversion selon l’une quelconque des revendications1à9, comprenant en outre un module de contrôle configuré pour commander la mise audit au moins un état passant ou à l’état bloqué de l’élément de commutation semi-conducteur (26).Conversion chain according to any one of claims 1 to 9 , further comprising a control module configured to control the setting to said at least one on state or in the off state of the semiconductor switching element (26) . Chaine de conversion selon les revendications9et10, dans laquelle le module de contrôle est configuré pour commander la mise dans l’un des états passants dudit élément de commutation semi-conducteur, en fonction d’une consigne de tension aux bornes de l’enroulement secondaire (20b,20b’) du transformateur (20) et/ou d’une consigne de courant traversant ledit enroulement secondaire du transformateur.Conversion chain according to Claims 9 and 10 , in which the control module is configured to control the placing in one of the on states of the said semiconductor switching element, as a function of a voltage setpoint at the terminals of the secondary winding (20b, 20b') of the transformer (20) and/or of a current set point passing through said secondary winding of the transformer. Chaine de conversion selon la revendication10ou11, dans laquelle l’interrupteur principal (16) comprend deux bornes entre lesquelles il s’étendant, et dans laquelle le module de contrôle est configuré pour commander le passage de l’état bloqué de l’élément de commutation semi-conducteur (26) audit au moins un état passant dudit élément de commutation semi-conducteur lorsque la tension aux bornes de l’interrupteur principal dépasse un seuil de tension prédéterminé.Conversion chain according to claim 10 or 11 , in which the main switch (16) comprises two terminals between which it extends, and in which the control module is configured to control the passage from the blocked state of the semiconductor switching element (26) to said at least one on state of said semiconductor switching element when the voltage across the main switch exceeds a predetermined voltage threshold. Convertisseur de tension pour une installation HVDC, comprenant au moins une chaine de conversion (10) selon l’une quelconque des revendications1à12.Voltage converter for an HVDC installation, comprising at least one conversion chain (10) according to any one of Claims 1 to 12 . Procédé de contrôle d’une chaine de conversion selon l’une quelconque des revendications1à12, comprenant une étape de mise dans ledit au moins un état passant dudit élément de commutation semi-conducteur (26), de manière à autoriser la circulation d’un courant électrique dans le circuit d’amortissement (18) afin d’ajuster la tension entre les terminaux du module de conversion.Method for controlling a conversion chain according to any one of claims 1 to 12 , comprising a step of placing said at least one on state of said semiconductor switching element (26) in such a way as to authorize the circulation of an electric current in the snubber circuit (18) to adjust the voltage between the terminals of the conversion module. Procédé de contrôle selon la revendication14, dans lequel l’élément de commutation semi-conducteur (26) est placé dans ledit au moins un état passant lorsque la tension aux bornes de l’interrupteur principal (26) dépasse un seuil de tension prédéterminé.Control method according to claim 14 , in which the semiconductor switching element (26) is placed in said at least one on state when the voltage across the terminals of the main switch (26) exceeds a predetermined voltage threshold. Procédé de contrôle selon la revendication14ou15, dans lequel l’élément de commutation semi-conducteur (26) est placé dans un état passant choisi parmi une pluralité d’états passants, de manière à ajuster le courant électrique traversant ledit élément de commutation à semi-conducteur.Control method according to claim 14 or 15 , in which the semiconductor switching element (26) is placed in an on state chosen from among a plurality of on states, so as to adjust the electric current passing through said switching element semiconductor.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023110643A1 (en) * 2021-12-17 2023-06-22 Supergrid Institute Conversion module comprising an electrical energy recovery circuit

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002101657A (en) * 2000-09-22 2002-04-05 Matsushita Electric Ind Co Ltd Snubber circuit
US20040085050A1 (en) * 2002-11-04 2004-05-06 Potrans Electrical Corporation Power converter module with an active snubber circuit
EP2401804A1 (en) * 2009-02-26 2012-01-04 Areva T&D Uk Limited Solid state damping resistor
EP2477319A2 (en) * 2011-01-13 2012-07-18 Fujitsu Limited Dc-dc converter, power supply unit and an information processing apparatus
US20140160816A1 (en) * 2012-12-11 2014-06-12 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Power factor correction circuit and power supply including the same
WO2014198734A1 (en) 2013-06-14 2014-12-18 Alstom Technology Ltd Semiconductor switching string
EP3402061A1 (en) * 2016-01-07 2018-11-14 Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial Systems Corporation Ac-dc converting device and control method for same

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002101657A (en) * 2000-09-22 2002-04-05 Matsushita Electric Ind Co Ltd Snubber circuit
US20040085050A1 (en) * 2002-11-04 2004-05-06 Potrans Electrical Corporation Power converter module with an active snubber circuit
EP2401804A1 (en) * 2009-02-26 2012-01-04 Areva T&D Uk Limited Solid state damping resistor
EP2477319A2 (en) * 2011-01-13 2012-07-18 Fujitsu Limited Dc-dc converter, power supply unit and an information processing apparatus
US20140160816A1 (en) * 2012-12-11 2014-06-12 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Power factor correction circuit and power supply including the same
WO2014198734A1 (en) 2013-06-14 2014-12-18 Alstom Technology Ltd Semiconductor switching string
EP3402061A1 (en) * 2016-01-07 2018-11-14 Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial Systems Corporation Ac-dc converting device and control method for same

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SHAH SAYED RAFAY BIN ET AL: "A Brief Review of Active Snubber Circuits for Boost Converter", 2018 3RD INTERNATIONAL CONFERENCE FOR CONVERGENCE IN TECHNOLOGY (I2CT), IEEE, 6 April 2018 (2018-04-06), pages 1 - 6, XP033444040, DOI: 10.1109/I2CT.2018.8529668 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023110643A1 (en) * 2021-12-17 2023-06-22 Supergrid Institute Conversion module comprising an electrical energy recovery circuit
FR3131131A1 (en) * 2021-12-17 2023-06-23 Supergrid Institute Conversion module comprising an electrical energy recovery circuit

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